第11章 遺傳信息的傳遞課件

第11章

遺傳信息的傳遞第11章遺傳信息的傳遞基因表達(dá)DNA復(fù)制蛋白質(zhì)RNA轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄第11章遺傳信息的傳遞

本部分主要內(nèi)容：

復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的基本過程、生物學(xué)意義

基因表達(dá)調(diào)控的基本原理

基因工程的概念第11章遺傳信息的傳遞核酸復(fù)制遺傳信息傳遞、表達(dá)轉(zhuǎn)錄翻譯基因突變與重組基因表達(dá)的調(diào)控第11章遺傳信息的傳遞

遺傳信息傳遞的中心法則DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制：DNA以自身為模板合成DNA，將親代DNA

的遺傳信息傳遞給子代DNA。轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板合成RNA的過程。翻譯：以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程。逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板合成DNA的過程第11章遺傳信息的傳遞

DNA是遺傳的主要物質(zhì)

遺傳信息：DNA分子中堿基的排列順序

四種核苷酸：A、G、C、T

生物體通過DNA復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代。通過RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯使遺傳信息在子代中得以表達(dá)?；蚴侵妇哂羞z傳效應(yīng)的DNA片段或RNA,它能編碼蛋白質(zhì)或功能RNA。某些病毒的基因組是RNA。

第11章遺傳信息的傳遞

第一節(jié)

DNA的生物合成（復(fù)制）DNA復(fù)制的方式半保留復(fù)制

復(fù)制親代DNA子代DNA5’5’3’3’第11章遺傳信息的傳遞

DNA復(fù)制特點(diǎn)：（1）高效率細(xì)菌500核苷酸/秒哺乳動物50核苷酸/秒（2）高度忠實(shí)

多種酶參與DNA的復(fù)制二.參與DNA復(fù)制的酶類第11章遺傳信息的傳遞

（一）DNA聚合酶作用：以親代DNA的一條鏈為模板，按堿基互補(bǔ)配對原則，催化單個脫氧核糖核苷酸合成的DNA鏈。又稱DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶。

(DNAdirectedDNApolymerase,DDDP)第11章遺傳信息的傳遞DDDP特點(diǎn)：

1、DNA鏈的合成具有方向性；5’3’2、DDDP合成DNA需要引物；

3、DNA聚合酶種類多；真核：α、β、γ、δ、ε

原核：I、II、III4、有的DNA聚合酶有校對活性。3’3’5’5’第11章遺傳信息的傳遞

（二）引物酶

作用：以復(fù)制起始部位的DNA鏈為模板，按堿基互補(bǔ)配對的原則合成引物RNA。引物長度：10至幾十個核苷酸特殊的RNA聚合酶第11章遺傳信息的傳遞

（三）DNA連接酶

作用：將一個DNA片段的3’-OH末端與另一個DNA

片段的5’-P末端連接，形成磷酸二酯鍵。

DNA復(fù)制過程中，有一條鏈的合成是不連續(xù)的，先合成許多短鏈的DNA片段，然后再由DNA連接酶將這些片段連接成完整的DNA長鏈。P-OHP-OHDNA連接酶第11章遺傳信息的傳遞

（四）參與DNA解旋、解鏈的酶及因子

DNA拓樸異構(gòu)酶：DNA解旋；解鏈酶：解開DNA雙鏈；DNA結(jié)合蛋白：結(jié)合于解開的單鏈DNA上，維持模板鏈的單鏈狀態(tài)。DNA一級結(jié)構(gòu)：脫氧核苷酸排列順序DNA二級結(jié)構(gòu)：雙螺旋DNA三級結(jié)構(gòu)：超螺旋第11章遺傳信息的傳遞

三.DNA復(fù)制的過程

復(fù)制的起始和引物RNA的合成

DNA片段的合成

RNA引物的水解完整DNA分子的形成第11章遺傳信息的傳遞（一）復(fù)制的起始和引物RNA的合成

1．

復(fù)制有固定起始點(diǎn)原核細(xì)胞：1個真核細(xì)胞：多個第11章遺傳信息的傳遞DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶

DNA結(jié)合蛋白引物酶形成復(fù)制叉合成引物

2、參與這一階段的酶：第11章遺傳信息的傳遞

復(fù)制叉移動方向3’5’3’5’拓樸異構(gòu)酶解鏈酶DNA結(jié)合蛋白引物酶第11章遺傳信息的傳遞模板親代DNA的兩條鏈

（二）DNA片段的合成原料dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）合成方向5’→3’（指新鏈的延伸方向）第11章遺傳信息的傳遞

前導(dǎo)鏈：

連續(xù)合成，以3’→5’方向DNA鏈為模板。隨從鏈：不連續(xù)合成，以5’→3’方向的DNA鏈為模板。岡崎片段

原核：1000~2000個核苷酸；真核：100~200個核苷酸。第11章遺傳信息的傳遞

復(fù)制叉移動方向前導(dǎo)鏈隨從鏈3’5’3’5’拓樸異構(gòu)酶解鏈酶DNA結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶第11章遺傳信息的傳遞

（三）RNA引物的水解DNA片段合成至一定長度后，鏈中的RNA引物即被核酸酶水解而切斷。此時出現(xiàn)的缺口由DNA片段的繼續(xù)延長而填補(bǔ)。3’5’3’5’3’5’核酸酶核酸酶第11章遺傳信息的傳遞隨從鏈：相鄰岡崎片段連接，形成大分子DNA，再與模板鏈形成雙螺旋DNA分子。前導(dǎo)鏈：也與相應(yīng)的模板鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

（四）

完整DNA分子的形成

原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的DNA復(fù)制方式基本相似，但有關(guān)的酶和一些復(fù)制細(xì)節(jié)有些區(qū)別。第11章遺傳信息的傳遞復(fù)制過程簡圖第11章遺傳信息的傳遞DNA的損傷與修復(fù)DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性，保證了遺傳的穩(wěn)定性自發(fā)突變：10-9生物體變異物種進(jìn)化第11章遺傳信息的傳遞

一.引起突變的因素自身因素：自發(fā)突變

環(huán)境因素：電離輻射、紫外線、化學(xué)誘變劑、致癌病毒1．點(diǎn)突變;2．缺失;3．插入;4．DNA鏈斷裂，或兩條DNA鏈之間發(fā)生交聯(lián)。（TT二聚體）

二.突變類型移碼突變第11章遺傳信息的傳遞

1．切斷由核酸內(nèi)切酶識別損傷部位，切斷DNA單鏈；

2．修復(fù)合成DNA聚合酶以正常鏈為模板，進(jìn)行修復(fù)合成；

3．切除損傷片段被核酸內(nèi)切酶切除；

4．連接DNA連接酶將新合成的DNA鏈與原來的鏈連接而成正常DNA。

三.DNA損傷修復(fù)

切除修復(fù)：人體細(xì)胞修復(fù)DNA損傷的重要方式第11章遺傳信息的傳遞切斷修復(fù)合成切除連接第11章遺傳信息的傳遞

四、DNA損傷修復(fù)與疾病1、衰老老年動物的DNA修復(fù)能力差2、著色性干皮病

DNA修復(fù)酶系缺陷，易發(fā)生皮膚癌3、化學(xué)試劑（烷化劑）致癌：正常細(xì)胞DNA損傷治癌：腫瘤細(xì)胞DNA損傷第11章遺傳信息的傳遞常見的化學(xué)誘變劑亞硝酸鹽（NO2-）化合物類別作用點(diǎn)分子改變（從原型配對至突變型）-A--T--G--T--G--C-A5-BUGGGCH3

(G堿基N–7位甲基化）DNA缺失G羥胺類（NH2-OH)-T--C--C-TC-A--A--G-CU-T--G--C--G--U--A-烷化劑（例如氮芥類，Nitromins）堿基類似物（例如5-溴尿嘧啶，5-BU)第11章遺傳信息的傳遞基因表達(dá)DNA復(fù)制蛋白質(zhì)RNA轉(zhuǎn)錄翻譯

逆轉(zhuǎn)錄小結(jié)一、遺傳信息傳遞的中心法則第11章遺傳信息的傳遞（一）方式：半保留（二）原料：dNTP（三）酶及因子：DNA聚合酶、引物酶、DNA連接酶

DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶、DBP（四）方向5’3’

前導(dǎo)鏈、隨從鏈、岡崎片斷

二、復(fù)制第11章遺傳信息的傳遞（五）復(fù)制過程

1、復(fù)制的起始和引物RNA的合成

2、DNA片段的合成

3、RNA引物的水解

4、完整DNA分子的形成（六）時相：S期

三、DNA損傷與修復(fù)：切除修復(fù)

第11章遺傳信息的傳遞

復(fù)習(xí)題1、什么是遺傳信息傳遞的中心法則？

2、DNA復(fù)制的方式是什么，為什么？

3、DNA復(fù)制的原料、模板是什么？參與復(fù)制的酶有哪些？它們各起何作用？

4、簡述DNA復(fù)制的基本過程。

第11章遺傳信息的傳遞RNADNA

逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)

第11章遺傳信息的傳遞二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義

逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。第11章遺傳信息的傳遞逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)：

以RNA為模板合成DNA

雜化雙鏈上RNA的水解以單鏈DNA為模板合成雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶的作用

RNA指導(dǎo)的DNA合成

RNA水解

DNA指導(dǎo)的DNA合成第11章遺傳信息的傳遞逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA第11章遺傳信息的傳遞第二節(jié)RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄＆RNA復(fù)制第11章遺傳信息的傳遞1.核蛋白體RNA（rRNA）75%~80%

蛋白質(zhì)合成的場所

2.轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）10%~25%

轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

3.信使RNA（mRNA）2%~3%

蛋白質(zhì)合成的直接模板RNA的種類（主要）第11章遺傳信息的傳遞

以DNA為模板，以四種核糖核苷酸（NTP）為原料，在RNA聚合酶催化下，合成RNA的過程，稱為轉(zhuǎn)錄。

轉(zhuǎn)錄（transcription）

這類RNA聚合酶又稱：

DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（DDRP）第11章遺傳信息的傳遞一.轉(zhuǎn)錄體系轉(zhuǎn)錄體系包括：模板：DNA的一條鏈原料：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）酶：RNA聚合酶（DDRP）某些蛋白質(zhì)因子和無機(jī)離子第11章遺傳信息的傳遞

DNA—AGCT

RNA—U

CGA一.轉(zhuǎn)錄模板：DNA轉(zhuǎn)錄時DNA與RNA的堿基配對規(guī)律：堿基配對的穩(wěn)定性

G/C﹥A/T﹥A/U第11章遺傳信息的傳遞DNA復(fù)制是全長復(fù)制轉(zhuǎn)錄有選擇性結(jié)構(gòu)基因：能轉(zhuǎn)錄出RNA的DNA區(qū)段

（一）轉(zhuǎn)錄的不對稱性不對稱性的含義：

1.在DNA雙鏈分子上，一股鏈可轉(zhuǎn)錄

2.模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上第11章遺傳信息的傳遞基因A基因B基因C基因DRNA轉(zhuǎn)錄的不對稱性第11章遺傳信息的傳遞模板鏈（反意義鏈）：雙鏈DNA中作為轉(zhuǎn)錄模板的那條鏈

（二）模板鏈與編碼鏈編碼鏈（有意義鏈）：與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈模板鏈與編碼鏈?zhǔn)且粋€相對的概念第11章遺傳信息的傳遞為何稱編碼鏈？

編碼鏈

TCGA

模板鏈

AGCT

RNA

U

CGA第11章遺傳信息的傳遞DNA模板新合成的RNA5’3’轉(zhuǎn)錄方向：5’→3’第11章遺傳信息的傳遞

（三）轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄分區(qū)段進(jìn)行，每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段為一個轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位調(diào)控序列（含啟動子）結(jié)構(gòu)基因啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶的辨認(rèn)和結(jié)合部位，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要作用。終止子：在指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄作用的DNA分子中，具有停止轉(zhuǎn)錄作用的部位稱為終止子（或終止信號）。第11章遺傳信息的傳遞

（四）轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)

DNA分子上開始進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的位點(diǎn)，以+1表示

上游：從轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)逆轉(zhuǎn)錄方向的區(qū)域

下游：從轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)順轉(zhuǎn)錄方向的區(qū)域＋1上游下游5’3’DNA第11章遺傳信息的傳遞

RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）

1.原核生物RNA聚合酶（以大腸桿菌為例）MW：480KD5個亞基：ααββ’σα：決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄β：與轉(zhuǎn)錄全過程有關(guān)（催化）β’：結(jié)合DNA模板（開鏈）

σ：辨認(rèn)起始點(diǎn)（起始因子）第11章遺傳信息的傳遞全酶核心酶（ααββ’）參與RNA鏈的延伸起始因子（σ）參與轉(zhuǎn)錄起始利福平：抗結(jié)核藥（β亞基)第11章遺傳信息的傳遞2．真核生物RNA聚合酶

RNA聚合酶I、II、IIIRNA聚合酶種類產(chǎn)生RNA種類

RNA聚合酶I45SrRNA（18S、28S、5.8S）

RNA聚合酶IIhnRNA(mRNA前體）

RNA聚合酶IIItRNA、5SrRNA、snRNA第11章遺傳信息的傳遞轉(zhuǎn)錄過程起始延長終止

一.轉(zhuǎn)錄起始（原核）RNA聚合酶的σ因子辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)

σ因子與核心酶組成全酶，與啟動序列結(jié)合

形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物σ因子從復(fù)合物脫落，與新的核心酶結(jié)合，起始另一次轉(zhuǎn)錄。第11章遺傳信息的傳遞1、轉(zhuǎn)錄不需要引物，RNA聚合酶結(jié)合于轉(zhuǎn)錄起始部位可直接合成RNA；2、σ因子必須脫落，否則核心酶不滑動，

RNA鏈不能延長；

轉(zhuǎn)錄起始特點(diǎn)：3、RNA聚合酶可擠入DNA雙鏈間，可能不需其它酶來解旋、解鏈。第11章遺傳信息的傳遞起始核心酶起始因子第11章遺傳信息的傳遞方向：5’→3’（相應(yīng)DNA模板的方向?yàn)?’→5’）

二．轉(zhuǎn)錄延長參與延長的酶：RNA聚合酶的核心酶（原核）原料：NTP（N：A、G、C、U）化學(xué)反應(yīng)：（NMP）n+NTP(NMP)n+1+PPi轉(zhuǎn)錄空泡：

RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA結(jié)合在一起的復(fù)合體（轉(zhuǎn)錄復(fù)合物）

第11章遺傳信息的傳遞RNA聚合酶核心酶DNARNA轉(zhuǎn)錄方向第11章遺傳信息的傳遞起始延長延長第11章遺傳信息的傳遞

三．轉(zhuǎn)錄終止

RNA聚合酶不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物脫落依賴ρ因子&非依賴ρ因子

（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子：一種終止因子1.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制：ρ因子與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，使RNA聚合酶構(gòu)象變化，RNA聚合酶不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物釋放第11章遺傳信息的傳遞起始延長延長終止第11章遺傳信息的傳遞2.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制：DNA模板上靠近終止處有特殊堿基序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成莖—環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄終止第11章遺傳信息的傳遞轉(zhuǎn)錄后的加工過程1．剪切和剪接剪切：切除部分序列剪接：剪切后再將某些片段連接起來2．末端添加核苷酸t(yī)RNA3’-末端添加-CCA3．堿基修飾在堿基分子上發(fā)生化學(xué)修飾反應(yīng)例：tRNA中尿苷經(jīng)化學(xué)修飾后變?yōu)榧倌蜍?/p>

一．RNA加工的主要類型第11章遺傳信息的傳遞

二．信使RNA（mRNA）的加工（真核）核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）1．剪接有約50%~70%的核苷酸片段被切去外顯子：結(jié)構(gòu)基因中具有表達(dá)活性的編碼序列內(nèi)含子：結(jié)構(gòu)基因中無表達(dá)活性，不能編碼相應(yīng)氨基酸的序列

真核生物的基因是一種斷裂基因，包含外顯子和內(nèi)含子，外顯子與內(nèi)含子相間排列第11章遺傳信息的傳遞

2．加“帽”

7-甲基鳥嘌呤核苷酸（m7GTP）

3．加“尾”

多聚腺苷酸（polyA）的“尾”

4．堿基修飾

稀有堿基（如甲基化）第11章遺傳信息的傳遞轉(zhuǎn)錄m7GpolyA剪切m7GpolyA剪接m7GpolyA添加第11章遺傳信息的傳遞

主要方式有：

1．剪切去除初級產(chǎn)物中多余核苷酸

2．剪接去除初級轉(zhuǎn)錄中的內(nèi)含子，再連接

3．添加

3’末端添加CCA－OH（tRNA特有）

4．堿基修飾

（1）甲基化mGmA

（2）還原反應(yīng)DHU

（3）脫氨反應(yīng)腺苷酸脫氨為次黃嘌呤核苷酸

三．tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工第11章遺傳信息的傳遞

四．rRNA的加工5SrRNA自成體系，在成熟過程中加工甚少rDNA：高度重復(fù)序列DNArDNArRNA前體（45S）28S、5.8S和18SrRNA核蛋白體第11章遺傳信息的傳遞

核酶有酶促活性的RNA研究四膜蟲的rRNA剪接中發(fā)現(xiàn)參與rRNA的剪接（自我剪接）

發(fā)現(xiàn)核酶的意義：

1.對傳統(tǒng)酶定義的挑戰(zhàn)活細(xì)胞產(chǎn)生的有催化活性的蛋白質(zhì)2.人工核酶

（1）特異切割核酸分子（2）破環(huán)RNA病毒的RNA及某些不利于人類的各種基因第11章遺傳信息的傳遞

小結(jié)一、轉(zhuǎn)錄體系

模板：DNA的一條鏈原料：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）酶：RNA聚合酶（DDRP）二、轉(zhuǎn)錄方式：不對稱轉(zhuǎn)錄模板鏈、編碼鏈第11章遺傳信息的傳遞三、轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、啟動子、終止子四、RNA聚合酶原核：α2ββ’σ

真核：RNA聚合酶I、II、III五、轉(zhuǎn)錄過程起始、延長、終止六、轉(zhuǎn)錄后加工

mRNA、tRNA、rRNA第11章遺傳信息的傳遞復(fù)習(xí)題1、轉(zhuǎn)錄作用在遺傳信息傳遞中的重要性如何？2、轉(zhuǎn)錄方式是什么？為什么？3、簡述RNA轉(zhuǎn)錄體系。4、請比較轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的異同（原料、模板、酶、方式、方向等）。5、簡述轉(zhuǎn)錄基本過程。6、簡述mRNA、tRNA、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工過程。第11章遺傳信息的傳遞蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)具有高度種屬特異性蛋白質(zhì)由生物體自行合成如何合成？蛋白質(zhì)的生物合成第11章遺傳信息的傳遞

翻譯（translation）蛋白質(zhì)生物合成即翻譯過程，是以mRNA為模板、由氨基酸通過肽鍵結(jié)合，形成特定多肽鏈的過程。這樣，mRNA分子中的遺傳信息被具體地翻譯成為蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序第11章遺傳信息的傳遞

蛋白質(zhì)合成體系

三種RNA：

mRNA－模板

tRNA－特異的“搬運(yùn)工具”

rRNA－“裝配機(jī)”20種α氨基酸－原料酶與蛋白質(zhì)因子：如

IF／eIF、EF、RF無機(jī)離子及能量：ATP、GTP第11章遺傳信息的傳遞一蛋白質(zhì)合成機(jī)制研究的三大成就20世紀(jì)50年代初，Zamecnik證明核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所ThreeAdvancesforDeducingProteinSynthesis同位素標(biāo)記氨基酸大鼠數(shù)小時或數(shù)天數(shù)分鐘肝細(xì)胞各細(xì)胞器均有標(biāo)記蛋白質(zhì)肝細(xì)胞核糖體有標(biāo)記蛋白質(zhì)第11章遺傳信息的傳遞Hoagland和Zamecnik發(fā)現(xiàn)了“活化”的氨基酸－氨基酰tRNAs(1955)20世紀(jì)60年代確定RNA在蛋白質(zhì)合成中的信息轉(zhuǎn)換作用DNAmRNAProtein第11章遺傳信息的傳遞二mRNA與遺傳密碼

mRNAandGeneticCode遺傳密碼mRNA的作用：翻譯的直接模板

mRNA

堿基語言(4字符)

蛋白質(zhì)氨基酸語言(20字符)?第11章遺傳信息的傳遞在mRNA分子上，從5’端→3’端，每相鄰的3個核苷酸組成一組，在蛋白質(zhì)合成時，對應(yīng)某一種氨基酸，這就是遺傳密碼（GeneticCode）相鄰的三個核苷酸稱為密碼子(codon)或三聯(lián)體密碼(triplet)

遺傳密碼

——mRNA上的密碼語言第11章遺傳信息的傳遞遺傳密碼表P355第11章遺傳信息的傳遞簡并性

(Degeneracy)起始密碼和終止密碼

(Initiationcodon&Terminationcodon)方向性與無間隔性

(Polarity&commaless)通用性

(Universal)遺傳密碼的特點(diǎn)：第11章遺傳信息的傳遞(一)簡并性（Degeneracy）一種氨基酸對應(yīng)多個密碼子的現(xiàn)象稱為簡并A,G,C,U共可組成64（43）種密碼子

61

種密碼子：代表不同的氨基酸

3

種密碼子：代表終止密碼子組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸：20種第11章遺傳信息的傳遞遺傳密碼舉例：UUAUUGCUUCUCCUACUG亮氨酸(Leu)AUG

蛋氨酸(Met)UUUUUC苯丙氨酸(Phe)ACUACCACAACG蘇氨酸(Thr)第11章遺傳信息的傳遞(二)起始密碼與終止密碼(initiationcodon&terminationcodon)

起動信號起動信號位于mRNA5’端附近起動信號最適上下文序列為：

CC－CCAUGGAGAUG蛋氨酸／甲硫氨酸(Met)initiationcodonUAAUAGUGA

終止信號terminationcodon終止信號不代表任何氨基酸密碼子第11章遺傳信息的傳遞(三)方向性與無間隔性

方向性：

密碼子的排列是從mRNA5’→3’端起動信號位于5’端；終止信號位于3’端

無間隔性：

密碼子在mRNA上是連續(xù)的相鄰密碼子之間既無間斷也無交叉重疊如插入或缺失堿基可導(dǎo)致移碼突變(Polarity&Commaless)(frameshiftmutation)第11章遺傳信息的傳遞proteinAUGGGCUCCAUCGGCGCAUAAmRNAstartcodonmethionineglycineserineisoleucineglycinealanine

stopcodoncodon2codon3codon4codon5codon6codon7codon15’3’密碼子的方向性和無間隔性從mRNA5

端起始密碼子AUG到3

端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)密碼子連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈開放閱讀框(openreadingframe,ORF)第11章遺傳信息的傳遞密碼子閱讀框即無間隔也不重疊蛋氨酸天冬酰胺精氨酸谷氨酸甘氨酸AUGAAUAGAGAAGGCCG……一個堿基突變,會如何？堿基丟失賴氨酸丙氨酸后續(xù)全變－移碼突變酪氨酸UU一個堿基突變一個氨基酸改變第三個堿基改變

氨基酸有可能不變C第11章遺傳信息的傳遞(四)通用性（Universal）從病毒、細(xì)菌到人，所有生物均使用同一套密碼子說明各種生物在進(jìn)化上具有同源性通用性是相對的線粒體中：UAG不代表終止信號而是代表色氨酸

AGA、AGG：終止密碼子

AUA：起始密碼子；蛋氨酸某些細(xì)菌：GUG也可作啟動信號第11章遺傳信息的傳遞tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸具有特異性

一種tRNA對應(yīng)一種氨基酸一種氨基酸可由多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸結(jié)合于tRNA的3’末端(CCA-OH)

氨基酰tRNA表示法：ala-tRNAala

met-tRNAimet

met-tRNAemet

tRNA上的反密碼子識別mRNA上的密碼子,

使所攜帶的氨基酸準(zhǔn)確對號入座第11章遺傳信息的傳遞四核糖體是肽鏈合成的“裝配機(jī)”

Ribosome，theMachineryforSynthesisofPeptideChain第11章遺傳信息的傳遞核糖體的組成21種原核真核小亞基rRNA蛋白質(zhì)rRNA蛋白質(zhì)大亞基16S-rRNA18S-rRNA33種5S,23S-rRNA5S,5.8S,28S-rRNA49種34種大小30S40S大小50S60S核糖體大小70S80S第11章遺傳信息的傳遞mRNA

2tRNA?？课稽c(diǎn)A結(jié)合AA-tRNAP結(jié)合肽酰-tRNA和起始Met-tRNA真核生物核糖體結(jié)構(gòu)模式第11章遺傳信息的傳遞蛋白質(zhì)合成的高效性－多核糖體（polysome）（真核）第11章遺傳信息的傳遞

蛋白質(zhì)的合成過程

氨基酸的活化活化氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)活化氨基酸在核糖體上的縮合（核糖體循環(huán)）

肽鏈合成啟動（initiation）

肽鏈延長（elongation）

肽鏈合成的終止（termination）

第11章遺傳信息的傳遞

一氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)ActivationandTransferofAminoAcids（一）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)是酶促需能反應(yīng)tRNA氨基酰-tRNAMg2+Mn2+AminoacidAminoacidATP+aminoacyl-tRNAsynthetase3’5’氨基酰-tRNA合成酶第11章遺傳信息的傳遞氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性

(二)氨基酰-tRNA合成酶保證翻譯的忠實(shí)性

(aminoacyl-tRNAsynthetase)(proofreadingactivity)

第11章遺傳信息的傳遞二肽鏈合成的起動（原核生物）

InitiationinRibosomeCycle需要因子：Mg2＋、GTP、ATP、起動因子(IF)模板mRNA核糖體大小亞基組成起動復(fù)合體fMet-tRNAfMet第11章遺傳信息的傳遞原核起動因子(initiationfactor,IF)：

IF2:促進(jìn)小亞基與fmet-tRNAfmet結(jié)合;

GTP酶活性（GTP→GDP+Pi）

IF3:抑制大、小亞基過早聚合;

促進(jìn)小亞基與mRNA結(jié)合

IF1:輔助IF2、IF3起動復(fù)合體形成過程如下：第11章遺傳信息的傳遞IF-3IF-11.

核糖體大小亞基分離第11章遺傳信息的傳遞AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合第11章遺傳信息的傳遞IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)結(jié)合到小亞基,30S起動復(fù)合體形成AUG5'3'第11章遺傳信息的傳遞IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖體大亞基結(jié)合,70S起動復(fù)合體形成AUG5'3'第11章遺傳信息的傳遞

三肽鏈延長（原核生物）

ElongationinRibosomeCycle即核糖體自mRNA5’端向3’端推進(jìn)翻譯過程，需延長因子(EF)、GTP和無機(jī)離子循環(huán)進(jìn)行肽鏈延長肽鏈延長過程：1.進(jìn)位(entrance)2.成肽(peptidebondformation)3.轉(zhuǎn)位(translocation)第11章遺傳信息的傳遞原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPeEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基,促進(jìn)EF-Tu再利用eEF-1-βγ有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放eEF-2肽鏈合成的延長因子(elongationfactor,EF)EF-G第11章遺傳信息的傳遞又稱注冊(registration)1.進(jìn)位(entrance)根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核糖體A位第11章遺傳信息的傳遞延長因子EF-Tu

促進(jìn)氨基酰tRNA

與核糖體A位結(jié)合延長因子EF-Ts

促進(jìn)EF-Tu的再利用第11章遺傳信息的傳遞TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGDP進(jìn)位(entrance)第11章遺傳信息的傳遞2.成肽

(peptidebondformation)由轉(zhuǎn)肽酶催化的肽鍵形成過程第11章遺傳信息的傳遞3.轉(zhuǎn)位(Translocation)延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核糖體向mRNA的3'側(cè)移動第11章遺傳信息的傳遞fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽與轉(zhuǎn)位第11章遺傳信息的傳遞進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽第11章遺傳信息的傳遞每一循環(huán)生成一個肽鍵每生成一個肽鍵消耗4個高能磷酸鍵（活化:2；進(jìn)位:1；轉(zhuǎn)位:1）密碼子閱讀方向：5’

3’多肽鏈延長方向：N端

C端肽鏈延長過程特點(diǎn)：第11章遺傳信息的傳遞

四、肽鏈合成的終止

TerminationinRibosomeCycle當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成的終止

第11章遺傳信息的傳遞終止因子辨認(rèn)終止密碼子（UAA、UGA、UAG）轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷鸽逆溼尫舖RNA釋放大小亞基分離終止因子（或稱釋放因子,releasefactor,RF）

辨認(rèn)終止密碼，使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗饷?，水解肽鏈與tRNA

的連接，促進(jìn)肽鏈從核蛋白體釋放。終止過程：RF1,RF2,RF3終止因子辨認(rèn)終止密碼子（UAA、UGA、UAG）轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷鸽逆溼尫舖RNA釋放大小亞基分離終止因子（或稱釋放因子,releasefactor,RF）

辨認(rèn)終止密碼，使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗饷?，水解肽鏈與tRNA

的連接，促進(jìn)肽鏈從核蛋白體釋放。終止過程：RF1,RF2,RF3終止過程：第11章遺傳信息的傳遞原核肽鏈合成終止過程

第11章遺傳信息的傳遞

核糖體循環(huán)

RibosomeCycle

蛋白質(zhì)翻譯過程中，核糖體大小亞基聚合完成肽鏈起始、延長及終止過程后解離，它們還可以再聚合成完整的核糖體，開始新的肽鏈合成，循環(huán)往復(fù)。第11章遺傳信息的傳遞真核與原核生物蛋白質(zhì)合成的異同：

相同點(diǎn)：遺傳密碼相同；組分相似：核糖體，tRNA，各種蛋白質(zhì)因子合成途徑相似

不同點(diǎn)：（見下表）五真核生物蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)CharacteristicsofProteinSynthesisinEukaryotes第11章遺傳信息的傳遞

原核

真核

mRNA多順反子(polycistron)單順反子(monocistron)

無“帽、尾”結(jié)構(gòu)，有“帽、尾”結(jié)構(gòu)

5’起動信號上游有SD序列無SD序列

核蛋白體30S+50S=70S40S+60S=80S起始AAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMetIF、EFIF3種eIF10多種及RFEF-Tu、EF-Ts、EF-GeEF1、eEF2RF1、RF2、RF3eRF轉(zhuǎn)錄與翻譯轉(zhuǎn)錄翻譯偶聯(lián)不偶聯(lián)（分隔進(jìn)行）的關(guān)系（幾乎同時進(jìn)行）抑制劑抗生素白喉毒素、植物毒素等第11章遺傳信息的傳遞

真核生物線粒體存在獨(dú)立的蛋白質(zhì)合成體系，與真核細(xì)胞質(zhì)合成體系不同，與原核體系類似。

抗生素有一定的副作用

第11章遺傳信息的傳遞

第三節(jié)翻譯后加工與蛋白質(zhì)合成后分泌

肽鏈合成后的加工和修飾結(jié)合蛋白質(zhì)的形成和亞單位的聚合分泌蛋白的合成與分泌從核糖體釋放出的新生多肽鏈需經(jīng)過各種翻譯后加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白主要包括：肽鏈合成后的加工和修飾結(jié)合蛋白質(zhì)的形成和亞單位的聚合分泌蛋白的合成與分泌從核糖體釋放出的新生多肽鏈需經(jīng)過各種翻譯后加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白主要包括：第11章遺傳信息的傳遞一肽鏈合成后的加工與修飾PosttranslationalProcessingandModification(一)二硫鍵的形成－S－S－多肽鏈內(nèi)或鏈間由兩個半胱氨酸殘基形成二硫鍵二硫鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象十分重要這一過程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行第11章遺傳信息的傳遞(二)個別氨基酸殘基的化學(xué)修飾有些肽鏈中的氨基酸殘基需經(jīng)一定的化學(xué)修飾才能使蛋白質(zhì)具有活性，參與正常的生理活動例如：磷酸化(Phosphorylation)：Ser、Thr、Tyr殘基等乙?；?Acylation)：組蛋白甲基化(Methylation)

：Lys殘基羥化(Hydroxylation)第11章遺傳信息的傳遞(三)蛋白質(zhì)前體中肽段的切除

在核糖體合成的肽鏈大多數(shù)是蛋白質(zhì)前體(precursor)，需水解切除部分肽段，才能形成有活性的蛋白質(zhì)胰島素的加工第11章遺傳信息的傳遞二結(jié)合蛋白質(zhì)的形成和亞單位的聚合FormationOfComplexProteinsorMulti-subunitproteins肽鏈空間折疊、亞基聚合、輔基結(jié)合第11章遺傳信息的傳遞（一）蛋白質(zhì)空間構(gòu)象折疊細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其他酶或蛋白蛋白因子的輔助。分子伴侶

(molecularchaperon)

是細(xì)胞內(nèi)一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊

熱休克蛋白

(heatshockprotein,HSP)

伴侶素

(chaperonins)

第11章遺傳信息的傳遞（二）亞單位的聚合α鏈β鏈Hb含多個亞基的蛋白質(zhì)聚合成有生物活性的蛋白質(zhì)（三）結(jié)合蛋白質(zhì)的合成結(jié)合蛋白質(zhì)如糖蛋白、脂蛋白、色素蛋白分別需加糖、加脂、加輔基等才成為活性蛋白質(zhì)第11章遺傳信息的傳遞三分泌蛋白的合成與分泌SynthesisandSecretionofSecretoryProtein信號肽(signalpeptide)

位于分泌蛋白N端作用：輸送肽鏈進(jìn)入粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔序列保守分泌蛋白在合成時均有信號肽序列第11章遺傳信息的傳遞復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的比較復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯原料dNTPNTP20種氨基酸主要酶和因子DNA聚合酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶、引物酶、解鏈酶、